KR19980016062A - 자기 공명 영상 장치용 고주파 코일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체의 내부 구조를 파악하기 위한 의료 진단 장치인 자기 공명 영상 장치에서 자기 공명 신호를 수신하는 역할을 하는 자기 공명 영상 장치용 고주파 코일에 관한 것으로, 지지대 및 상기 지지대에 감긴 복수개의 권선을 구비한 자기 영상 장치용 고주파 코일에 있어서, 상기 복수개의 권선에 의해 형성된 내부 공간이 노출되도록 상기 지지대의 소정 구간이 개방된 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 코일 지지대의 일부 구간을 절개하여 만든 개방형 구조로 만든 수직 자기장용 고주파 코일은 최대의 개방영역을 제공함으로써, 몸체에 대한 자기 공명 영상을 촬영하면서 상기 개방부를 통하여 간단한 수술을 할 수 있는 중재적 시술에 적합한 장점이 있다.

Description

자기 공명 영상 장치용 고주파 코일

본 발명은 인체의 내부 구조를 파악하기 위한 의료 진단 장치인 자기 공명 영상 장치에서 인체 촬상부의 자기 공명 영상을 형성하는 자기 공명 신호를 수신하는 역할을 하는 자기 공명 영상 장치용 고주파 코일에 관한 것이다.

인체의 내부 구조를 파악하기 위한 단층 촬영의 방법으로는 X-ray를 이용하는 X-ray C.T.(Computerized Tomography)와 인체내 원소의 자장 신호를 이용하는 MRI(Magnetic Resonance Image)가 있다. 자기 공명(MR) 현상을 이용한 단층 촬영은 X-ray C.T.에 의한 단층 촬영에 비하여 몇가지 장점이 있다. 인체에 전혀 무해한 자기장을 이용함으로써 장시간 촬영이나, 많은 횟수의 촬영에도 해롭지가 않고, X-ray 촬영에서 할수 없는 분자의 구별도 가능하며, X, Y, Z축 상의 임의의 방향으로 (또는 임의의 3차원 방향으로)임의의 위치에서 2차원 또는 3차원 단층 영상을 얻을 수 있다. 이러한 장점으로 MRI는 최근 의료 영상 장비로 없어서는 않되는 중요한 장비로 활용되어 가고 있다.

먼저, MRI 장치를 개략적으로 살펴보면, 크게 주자석과 코일들 그리고 스캔프로세서로 구성되어 있다. 주자석은 강한 자기장을 형성하기 위한 것으로, 자기장 세기가 통상 0.5 Tesla (1 Tesla는 1만 gauss의 자기장)에서 2.0 Tesla 사이인 영구자석이나 전자석 혹은 초전도체를 이용하는 초전도 자석으로 되어있다. 코일류로는 X, Y, Z 방향의 경사 자기장을 만드는 경사 자계 코일이 있고, 인체의 원자 핵스핀에 에너지를 주어 자기 공명 신호를 만드는 송신용 고주파(RF) 코일과 인체로부터 나오는 자기 공명(MR) 신호를 수신하는 수신용 고주파(RF) 코일이 있다. 이러한 수신용 고주파 코일은 환자의 환부가 머리(head), 척추(spine), 몸통(복부;abdomen), 사지(extremities; 수족) 중 어느 것이냐에 따라 크고 작은 코일들로 세분화된다. 스캔프로세서는 수신된 자기 공명 신호를 복조하고 크게 증폭시키는 스펙트로메타와 각 코일의 동작을 제어하는 컨트롤러, 그리고 수신된 신호를 A/D변환하여 X,Y 평면상의 데이타로 바꾸기 위한 푸리에 변환(Fourier transform)을 하는 프로세서로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 자기 공명 영상 장치에 있어서, 고주파 코일은 주자기장과 수직인 고주파 자기장을 발생시켜야 하므로 자기장 방향에 따라 고주파 코일의 기본 구조가 결정된다. 인체로부터 나오는 자기 공명 신호를 수신하는 수신용 고주파 코일로는 주자석의 주자기장이 0.5 tesla 이하의 저자장인 경우 수평 방향의 자기장을 형성하는 자기 공명 영상 장치에서는 안장(saddle)형 수신용 고주파 코일을 사용하게 되지만 수직 방향의 자기장을 형성하는 자기 공명 영상 장치에서는 보통 솔레노이드 코일을 사용한다. 이러한 고주파 코일의 기본적인 구조의 차이 때문에 수직 자기장 자기 공명 영상 장치는 수평 자기장 자기 공명 영상 장치에 비하여 신호대잡음비(signal to noise ratio)가 높은 것이 장점이다.

이와 같은 수직 자기장 자기 공명 영상 장치의 고주파 코일로서, 종래의 몸체를 촬상할 수 있는 2권선(turns)의 고주파 코일이 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 종래의 2권선 고주파 코일은 2개의 권선(1)이 몸통형의 코일 지지대(2)에 감긴 구조로 되어있다. 최근에는 자기 공명 영상을 촬영하면서 수술을 병행하는 경우가 많아지고 있는데, 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 고주파 코일 구조에서와 같은 폐쇄형 고주파 코일로는, 그 내부 공간에 삽입된 촬상 부위(몸체)에 수술 도구를 사용하거나 의사의 환부 관찰이 용이하지 않은 문제점이 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 몸체 촬상시 사람의 몸체가 수신용 고주파 코일 내부에 있을 경우, 몸체가 코일 지지대에 의하여 밀폐되어 있어 자기 공명 영상으로 환부를 정확하게 관찰하면서 수술 등을 진행하기가 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 수직 자기장을 형성하는 주자석의 자계 영역 내에 설치되어, 환부에 대한 자기 공명 영상 촬영을 하면서 환부에 간단한 수술을 진행하거나 환부를 관찰할 수 있는 고주파 코일을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 폐쇄형 2권선 솔레노이드형 고주파 코일의 구조도,

도 2는 본 발명에 따른 개방형 2권선 솔레노이드형 고주파 코일의 구조도,

도 3은 사람의 복부 촬영시 도 1의 폐쇄형 2권선 솔레노이드형 고주파 코일 내에 삽입된 사람의 복부의 개략적 위치를 나타내는 설명도,

도 4는 사람의 복부 촬영시 도 3의 개방형 고주파 코일 내에 삽입된 사람의 복부의 개략적 위치를 나타내는 설명도,

도 5는 본 발명에 따른 또 다른 개방형 2권선 솔레노이드형 고주파 코일의 구조도,

도 6은 도 2의 고주파 코일의 사시도,

도 7은 도 5의 고주파 코일의 사시도,

도 8은 도 2의 고주파 코일의 평면도,

도 9는 도 5의 고주파 코일의 평면도,

도 10은 도 5의 고주파 코일의 벌어진 간격을 나타내는 평면도,

그리고 도 11은 도 5의 고주파 코일 분리 구간의 모양에 대한 다양한 실시예를 도시한 도면이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1. 고주파 코일 2.코일 지지대

3. 코일 개방부

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고주파 코일은, 지지대 및 상기 지지대에 감긴 복수개의 권선을 구비한 자기 영상 장치용 고주파 코일에 있어서, 상기 복수개의 권선에 의해 형성된 내부 공간이 노출되도록 상기 지지대의 소정 구간이 개방된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 개방된 구간은 환부를 수술하거나 관찰할 수 있는 정도의 면적이거나, 상기 지지대의 개방된 구간은 상기 권선의 전체 구간의 1/3~2/3 인 범위내에 있는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 자기 공명 영상 장치용 고주파 코일을 설명한다.

본 발명은, 수직 자기장을 형성하는 자기 공명 영상 장치에 있어서, 주자석의 자계 영역 내에서 자기 공명 영상을 얻음과 동시에 수술을 진행할 수 있는 중재적 시술이 가능한 고주파 코일의 구조를 제시한다. 즉, 본 발명에 따른 자기 공명 영상 장치용 고주파 코일은, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 자기 공명 신호를 검출하는 수신용 고주파 코일 또는 시료의 핵스핀을 여기시키는 송신용 고주파 코일을 이루는 권선들을 지지하는 코일 지지대의 일부 구간을 절개하여 개방 영역을 갖도록 한 구조로 한데 특징이 있다.

도 2 내지 도 10을 참조하면서 본 발명에 따른 자기 공명 영상 장치용 고주파 코일의 제1실시예 및 제2실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기 공명 영상 장치용 고주파 코일의 제1실시예는 2개의 권선(1)이 전체 면적의 2/3가 절개된 개방부를 갖는 코일 지지대(2)에 평행으로 감겨있다. 코일 지지대(2)는 무자성체이고, 아크릴, 플라스틱, ABS 또는 FRP 등의 전도성이 전혀없는 재료로 만들어진다. 코일(1)은 고주파 코일 재료 즉 동파이프나 동판으로 만든다. 이와 같은 개방형 고주파 코일을 이용한 자기 공명 영상 장치에서 몸체를 촬영하는 경우의 몸체 삽입 상태는, 도 4에 도시된 바와 같아서, 코일 지지대의 개방부에 몸체의 환부가 위치하게 되어 촬영을 하면서 간단한 수술을 하기가 용이한 장점이 있다.

도 5에 도시된 바와 같은 본 발명의 제2실시예에서는 솔레노이드형 코일의 두 권선이 각각 안장형으로 형성된 것으로 제1실시예에 비하여 개방부(3) 만큼 개방된 공간이 더 큰 잇점이 있다.

이러한 개방 공간을 갖는 도 2 및 도 5의 코일에서 코일 지지대(2)를 제외한 권선(1)만을 도 6 및 도 7에 사시도로서 도시하고 있다. 도 8은 도 4의 고주파 코일(제1실시예)의 평면도로서 코일간격 d는 자계의 균일도를 고려하여 20㎝ 이하로 하며, 개방 영역을 고려하여 12㎝ 이상이 되도록 제작한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제2실시예의 코일 벌어진 각도(7) θ는 45°이상이 최대의 개방구조를 가지며, 코일 굴절 각도 δ는 코일A 와 코일B가 대칭 구조가 되도록 각각 동일하게 조정한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제2실시예의 코일이 벌어진 간격 d는 두 코일이 직접 닿지 않는 범위내에서 최대한 접근하는 것일 좋으므로 2㎜ 이하로 한다.

그리고, 상기와 같은 고주파 코일의 개방부(3)의 형태는, 도 11에 도시된 바와 같이, 사각형, 육각형, 원형, 타원형, 마름모형이나 사다리꼴 등으로 다양하게 만들수 있다.

이러한 개방형 고주파 코일을 장착한 자기 공명 영상 장치는 다음과 같이 동작한다.

주자석의 자기장 세기가 0.5tesla 이하인 저 자장 MRI 장치에서는 체내의 자기 공명 신호를 수신하는 고주파 코일의 권선(turns) 수가 많을수록 수신 신호의 세기가 증가하여 신호대잡음비(SNR; Signal to Noise Ratio)이 향상되어 선명한 영상을 얻을 수 있으나, 코일의 권선(turns)수가 많을 수록 코일의 인덕턴스값이 커진다. 따라서, 수식 ω = 1/(2π√LC)에 의하여 공진 주파수 ω가 일단 정해지면(ω는 주자석의 자기장 세기에 의하여 결정됨), 이러한 정해진 공진주파수를 유지하기 위해서는 권선수의 증가에 의한 인덕턴스 L 값의 상승에 따라 캐패시턴스 C 값을 줄여야 한다. 그러나 이러한 C 값을 줄이는 데에는 한계가 있으며, 인덕턴스의 증가는 튜닝에도 문제가 된다. 즉, 저자기장에서 코일의 권선(turns)수는 2 내지 4 회(turns)가 가변 범위가 되며, 자기 공명 영상 장치의 자기장 세기가 결정되면 그 가변 범위는 더욱 좁아지게 된다. 본 발명은 저 자기장 몸체 촬상용 고주파 코일로서 권선수가 2 개인 경우를 실시예로 설명하고 있다.

특히, 몸체용 고주파 코일은 보통 영상 대상물(몸체)의 체적이 220㎜×380㎜×250㎜ 이상으로 머리나 기타 수족을 대상으로 하는 고주파 코일에 비하여 크므로, 3 권선 이상으로 제작하면 튜닝이 힘들며 개방형 구조에서는 특히 영상 촬상에 마이너스 요인이 된다. 따라서 2 권선 솔레노이드 코일을 동 파이프로 도 5에 도시된 바와 같은 안장형 구조(제2실시예)로 제작하여 일반적인 형태인 도 4의 구조(제1실시예)와 비교하였다. 제2실시예는 제1실시예에 비하여 자기장의 공간적 수신 감도의 균일성을 떨어뜨리게 하는 약점이 있지만 최대의 개방 공간을 제공하여 수술이 보다 용이하게 하는 잇점이 있으며, Q 값 및 SNR도거의 차이가 없다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자기 공명 영상 장치용 고주파 코일은 코일 지지대의 일부 구간을 절개하여 만든 개방형 구조로 만든 수직 자기장용 고주파 코일로서, 최대의 개방영역을 제공함으로써, 몸체에 대한 자기 공명 영상을 촬영하면서 상기 개방부를 통하여 간단한 수술을 할 수 있는 중재적 시술에 적합한 장점이 있다.

Claims (5)

1. 지지대 및 상기 지지대에 감긴 복수개의 권선을 구비한 자기 영상 장치용 고주파 코일에 있어서, 상기 복수개의 권선에 의해 형성된 내부 공간이 노출되도록 상기 지지대의 소정 구간이 개방된 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치용 고주파 코일.
2. 제1항에 있어서,

   상기 개방된 구간은 환부를 수술하거나 관찰할 수 있는 정도의 면적인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치용 고주파 코일.
3. 제1항에 있어서,

   상기 지지대의 개방된 구간은 상기 권선의 전체 구간의 1/3~2/3 인 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치용 고주파 코일.
4. 제1항에 있어서,

   상기 복수개의 권선은 두 개의 권선을 구비하되, 상기 지지대가 개방된 영역의 권선이 서로 굴절되어 인접 권선과 밀착되도록 하여 그 양측 가장자리에 개방 면적을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치용 고주파 코일.
5. 제4항에 있어서,

   상기 굴절된 권선의 모양은 사각형, 육각형, 타원형, 원형, 마름모형 및 사다리꼴형 중 어느 한 형인 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치용 고주파 코일.